Схема индикатора уровней на 3х светодиодах и операционном усилителе LM358, описание работы, + пример

Схема индикатора уровней на 3х светодиодах и операционном усилителе LM358, описание работы

В этой статье предлагаю рассмотреть такую схему, которая является трех светодиодным индикатором порогового уровня. Для тех, кто не понял, как именно работает данная схема, поясняю. У нас на входе схемы стоит переменный резистор R1, выполняющий функцию датчика. В зависимости от местоположения ползунка переменного резистора R1 на выходе схемы, где установлены три разноцветных светодиода, будет гореть один определенный светодиод. То есть, при каком-то минимальном уровне напряжения на входе будет гореть верхний светодиод. Если уровень напряжения на входе поднялся (до следующего порога), то загорится средний светодиод (нижний при этом погаснет). Ну, и если уровень напряжения еще больше поднимется (до следующего порога), то у нас уже загорится самый нижний светодиод, а два верхних гореть не будут. Думаю суть схемы ясна.

Конкретный уровень каждого из двух порогов настраивается двумя соответствующими переменными резисторами R2 и R3. Для демонстрационной версии схемы я поставил переменные резисторы, хотя для практического использования лучше поставить подстроечные. Касательно того, какие номиналы этих резисторов можно ставить в схему, то где-то от 10к до 200к. Желательно чтобы все три резистора (R1,R2,R3) были одинаковых номиналов. Диапазон порогов может быть разный (относительно друг друга) и достаточно широкий. Можно настроить схему даже так, что будут загораться только нижний и верхний светодиод, а средний будет всегда не активен. Возможно такой режим кому-то понадобится.

Конечно, при наличии только одного переменного резистора на входе схемы толку от устройства будет мало. Больше пользы будет, если последовательно этой цепи на R1 выше или ниже делителя напряжения поставить какой нибудь датчик. Например датчик в виде терморезистора. Следовательно в этом случае при изменении температуры на датчике мы будем видеть уровни этой температуры. И каждый отдельный светодиод будет сигнализировать, что сейчас у нас какая-то своя температура на датчике. Причем, обратите внимание, если мы будем использовать термистор (терморезистор, у которого с повышением температуры сопротивление уменьшается), то его мы ставим выше резистора R1. Если у нас есть позистор (терморезистор, у которого с повышением температуры сопротивление, наоборот, увеличивается), то его нужно ставить ниже резистора R1.

При таком расположении термодатчиков, о котором я написал выше, при низкой температуре будет гореть верхний светодиод. При чуть большей температуре загорится средний светодиод. И когда температура увеличится еще больше, то загорится самый нижний светодиод. То есть, если средний вывод ползунка резистора R1 выведен в нижнее положение, то будет гореть верхний светодиод. Если ползунок переместить в верхнее положение, то будет гореть нижний светодиод. Думаю с этим разобрались.

Теперь для чего нужны резисторы, стоящие последовательно со светодиодами. Схема питается от постоянного напряжения 12 вольт. Хотя минимальное может быть 3 вольта, а максимальное 32 вольта. Но при этом нужно будет подобрать соответствующие резисторы, чтобы ограничить ток до нужного предела под светодиоды. То есть, напряжение питания обычных индикаторных светодиодов где-то около 3,2 вольт (хотя у разных цветов это напряжение немного отличается). Поскольку на выходе микросхемы компаратора напряжение по величине почти не отличается от напряжения питания, то 12 вольт для светодиодов много. Они от 12 вольт без токоограничительных резисторов просто сгорят. Вот мы и ставим последовательно с каждым светодиодов резистор на 1к, при напряжении питания 12 вольт. То есть, мы ток ограничиваем где-то до 20 мА каждому светодиоду.

Теперь давайте разберемся с работой самой микросхемы. Данная микросхема LM358 является сдвоенным операционным усилителем, содержащая в себе два компаратора. Для тех, кто не знает, как именно работает компаратор, то в нескольких словах это происходит примерно так. Компаратор имеет два входа (неинвертирующий, это +, и инвертирующий, это -) и один выход. Работа компаратора сводится к тому, что он просто сравнивает два входных сигнала. И если величина входного напряжения на входе + больше, чем на -, то на выходе будет +. Если же, наоборот, уровень входного напряжения на инвертирующем входе будет больше, чем на неинвертирующем, то на выходе будет минус. При этом величина разности может быть очень маленькой. И уже при этом на выходе практически мгновенно происходит переключение состояний. Напомню, что операционные усилители имеют очень высокий коэффициент усиления.

Когда мы разобрались с работой компаратора, теперь можно перейти к разбору принципа действия самой схемы. Итак, когда на входе мы настроили максимальный уровень напряжения (увеличили плюсовой потенциал), то на неинвертирующих входах обоих компараторов имеется больше плюса. Следовательно, на выходах компараторов будет плюс. В этом случае будет гореть только нижний светодиод. Поскольку только на него подается минус и плюс питания. На два верхних светодиода подаются только плюсовые потенциалы. Они не горят. Как мы только уменьшили величину входного напряжения, то компаратор D1,2 (нижний) переключится и на его выходе уже будет минус. Следовательно теперь плюс и минус питания поступает только на средний светодиод. Он горит, а самый верхний и самый нижний не горят. На верхний светодиод подается только плюса, а на нижний светодиод подаются только минуса питания. И когда мы напряжение еще снизим на входе схемы, то переключится и второй компаратор D1,1 (верхний), на его выходе также появится минус. Следовательно, теперь будет гореть только самый верхний светодиод. Поскольку только на него подается и плюс и минус питания. Два нижних светодиода уже гореть не будут, на них будут подаваться только минусовые потенциалы. Думаю смысл ясен.

Ну, и несколько слов про саму микросхему LM358. Диапазон напряжений, от которых она может питаться, то от 3 до 32 вольта (однополярный источник питания). И 1,5 — 16 вольт (двухполярное питание). Ток потребления самой микросхемы очень мал и равен всего 0,7 мА. Максимальный ток выхода компараторов может быть до 40 мА. То есть, для индикаторных светодиодов (с током потребления до 20 мА) этого тока достаточно. Но вот для подключения допустим реле, этого будет мало. И для того, чтобы схему сделать не индикаторной, а исполняющей (чтобы запускала электродвигатели, реле и т.д.), то на выход компаратора нужно еще добавлять усилители тока (ключи на транзисторах).

Ну, вот в принципе и все, что касается данной схемы. По крайней мере основные сведения вам написал. А далее собирайте эту схему порогового индикатора уровней на трех светодиодах, и пробуйте из нее сделать что-то большее.

Видео по этой теме:

P.S. Данной схеме можно найти множество применений – это и просто индикатор уровня, это и индикатор среднего уровня (когда схема стремится всегда поддерживать только средний уровень какой-нибудь системы, например температуры), это и различные исполнительные устройства и т.д. Так что пробуйте, собирайте, экспериментируйте и пользуйтесь результатами.

 



Рекомендуемый материал по схожей тематике